Nota Penuh 1

Unit 2 Keupayaan Elektrik dan Kapasitor

UNIT 2

KEUPAYAAN ELEKTRIK DAN KAPASITOR

2.1 PENDAHULUAN

Pernahkah anda bayangkan, kedatangan malam tanpa cahaya neon? Pada tiap-tiap malam,

lampu bergemerlapan menerangi malam yang gelap. Berjuta-juta mentol mengubah tenaga

elektrik kepada cahaya dan tenaga haba. Masihkah anda ingat medan elektrik? Medan elektrik

membolehkan kita memahami daya elektrik. Maka, sama seperti medan elektrik, keupayaan

elektrik membolehkan kita memahami tenaga elektrik. Di waktu petang di kala kesunyian,

kita selalu melihat awan. Tahukah anda bahawa awan boleh menyimpan tenaga keupayaan

elektrik yang tinggi? Semasa kejadian kilat, perbezaan keupayaan antara awan dan bumi

boleh mencapai ratusan juta volt. Apakah beza antara sebutan tenaga keupayaan dan

keupayaan? Lihat juga disekeliling kita, dengan pelbagai alat elektronik, dari radio hingga ke

telefon pintar, tidak mungkin alat-alat ini boleh berfungsi tanpa adanya kapasitor. Daripada

satu segi, kapasitor adalah seperti sebuah bateri, iaitu antara fungsinya adalah untuk

menyimpan tenaga elektrik. Bagaimanapun prinsip kerja antara bateri dan kapasitor adalah

berbeza. Keadaan ini menyebabkan kedua-duanya digunakan pada keadaan yang berbeza.

{Gambar diambil daripada resistor and capacitor tables with added LED current limiting

resistor calculations; http://www.mds975.co.uk/Content/components01.html (dicapai pada

January 28th

, 2013).}

2.2 HASIL PEMBELAJARAN

Di akhir unit ini, anda diharap dapat:

1. Menakrif dan mengira tenaga keupayaan elektrik.

2. Menakrif dan mengira beza keupayaan elektrik.

3. Menyatakan konsep bezakeupayaan elektrik dan hubungannya dengan tenaga

keupayaan elektrik

4. Menyelesaikan masalah asas yang melibatkan cas pada plat selari.

5. Mendefinasikan dan menerangkan kapasitan secara fizikal

6. Mengira cas, voltan, medan elektrik dan tenaga tersimpan dalam kapasitor plat

selari.


2.3 TENAGA KEUPAYAAN ELEKTRIK

Masihkah anda ingat pada tenaga keupayaan graviti? Apabila anda

mengangkat suatu objek melawan daya graviti, anda melakukan kerja untuk memberikan

objek itu tenaga keupayaan graviti. Tenaga keupayaan graviti diberikan oleh U=mgh.

Tenaga keupayaan elektrik boleh dianalogikan dengan tenaga keupayaan graviti. Masih anda

ingat persamaan-persamaan berikut:

Keadaan di bawah medan

graviti

Keadaan di bawah medan

elektrik

m

Fg

= oq

FE

=

2

21G

r

mGmF =

221

Er

qkqF =

Jadual 1: Perbandingan keadaan di bawah pengaruh graviti dan keadaaan di bawah

pengaruh medan elektrik

2.3.1 Kerja dilakukan oleh Medan Graviti, g

Suatu jisim yang berada pada ketinggian h dari tanah mempunyai tenaga keupayaan graviti,

U=mgh. Apabila jisim itu dilepaskan ia akan jatuh di bawah tindakan medan graviti. Jika

tiada geseran, hanya daya graviti sahaja yang bertindak pada jisim dan jisim memecut

mengikut arah daya graviti (ke arah pusat bumi)

Rajah 2.1: Kerja dilakukan oleh daya graviti

Kerja, W dilakukan oleh daya graviti apabila jisim jatuh sejauh s (dari titik A ke B), ialah

Wg= Fgs (2.1)

A

B

hA

jisim, m

medan graviti

Fg = mg

hB

s

Aras Rujukan


Merujuk kepada Rajah 2.1

s = hA hB

Maka

Wg= Fg (hA hB)

iaitu:

WAB= Wg= mghA mghB

Di dalam topik mekanik, mgh = U, iaitu tenaga keupayaan graviti.

WAB= Wg= UA UB (2.2)

Ini bermakna kerja, Wg dilakukan oleh daya graviti apabila jisim jatuh sejauh s (dari titik A

ke B), bersamaan dengan beza antara tenaga keupayaan pada kedudukan A dan tenaga

keupayaan pada kedudukan B.

2.3.1 Medan Elektrik bagi Plat Selari, E

Dengan kaedah yang sama, kita pertimbangkan keadaan zarah bercas yang berada di dalam

medan elektrik. Pertimbangkan kes bagi plat selari bercas dengan susunan cas seperti Rajah

2.2. Bagi kes plat selari medan elektrik, E yang terhasil antara dua plat itu adalah seiras

dengan kes medan graviti. Dalam plat selari, medan elektrik juga adalah seragam.

Kita gunakan konsep yang sama dengan keadaan di bawah medan graviti apabila kita

bincangkan keadaan di bawah medan elektrik. Dengan anologi yang sama (bandingkan

Medan elektrik, E seragam

Rajah 2.2: Arah medan elektrik seiras dengan medan graviti. Keamatan

dan arah medan elektrik seragam dan d ialah jarak

pemisahan antara plat.

+ + + + + + +

d


dengan persamaan (2.2)), kita katakan cas dalam medan elektrik mempunyai tenaga

keupayaan elektrik kerana, jika dilepaskan, cas itu akan bergerak di bawah tindakan medan

elektrik. Bagi membezakan tenaga keupayaan graviti dengan tenaga keupayaan elektrik kita

gunakan simbol UE bagi tenaga keupayaan elektrik.

2.3.2 Kerja dilakukan oleh Medan Elektrik, E

Pertimbangkan Rajah 2.3 di bawah dengan cas positif +qo diletakkan di dalam medan

elektrik yang seragam antara plat selari yang bercas dan mempunyai medan elektrik, E

seragam ke bawah. Apabila cas qo dilepaskan, jika tiada geseran, hanya daya elektrostatik

sahaja yang bertindak ke atas cas dan cas memecut mengikut arah daya elektrostatik (dalam

kes ini), jika cas ialah cas positif. Jika cas ialah cas negatif, pecutan adalah pada arah yang

bertentangan dengan medan elektrik.

Secara membandingkan dan menggunakan asas yang sama dengan persamaan (2.2), kita

katakan bahawa kerja dilakukan ke atas cas oleh daya elektrostatik diberikan oleh

WAB =WE = UEA UEB (2.3)

Kita namakan UE sebagai tenaga keupayaan elektrik. UEA ialah tenaga keupayaan elektrik

pada kedudukan A, dan UEB tenaga keupayaan elektrik kedudukan B. Ringkasnya, persamaan

ini menerangkan bahawa kerja, WAB dilakukan oleh daya elektrik apabila zarah bercas qo

++++++++++++++++++++++

---------------------------------------

qo

qo

FE = qoE

Arah

medan

elektrik

Rajah 2.3: Kerja dilakukan oleh daya elektrostatik

Aktiviti 2.1

Nota: Kita abaikan daya graviti yang bertindak pada objek

bercas qo. Kenapakah nilai daya graviti itu boleh diabaikan?

Terangkan.

s

A

B


jatuh sejauh s (dari titik A ke B), ialah, bersamaan dengan beza antara tenaga keupayaan

elektrik awal dan tenaga keupayaan elektrik akhir, iaitu UEA UEB.

Nota: Ingat!!! Persamaan ini merupakan suatu persamaan tenaga.

2.4 KEUPAYAAN ELEKTRIK DAN BEZA KEUPAYAAN ELEKTRIK

Kita ketahui bahawa daya elektrostatik yang bertindak pada cas qo ialah F = qoE. Daya ini

melakukan kerja ke atas cas positif +qo dan cas itu digerak dari kedudukan A dan ke

kedudukan B seperti di dalam Rajah 2.3

Bagi menakrifkan keupayaan elektrik, kita menyatakan persamaan (2.3) di atas dalam sebutan

per unit cas, iaitu

AB EA EB

o o o

W U U

q q q= (2.4)

Perhatikan bahawa sebutan sebelah kiri ialah kerja per unit cas, dan sebutan kanan ialah

beza tenaga keupayaan per unit cas antara kedudukan A dan kedudukan B. Di dalam

elektrostatik, kuantiti E

o

U

q, iaitu tenaga keupayaan elektrik per unit cas dinamakan

keupayaan elektrik, atau hanya dikenali sebagai keupayaan. Unit S.I beza keupayaan

elektrik ialah volt, iaitu satu volt bersamaan dengan satu joule per coulomb. Simbolnya

diberikan oleh abjad/huruf V. Maka, keupayaan elektrik boleh ditakrifkan sebagai

E

o

UV

q= (2.5)

Dengan ini persamaan (2.4) boleh ditulis sebagai

ABA B

o

WV V

q= (2.6)

{Nota: Ingat!!! Walau pun sebutan kuantiti tenaga keupayaan elektrik dan keupayaan elektrik

adalah hampir sama pada nama, tapi kedua-duanya adalah kuantiti yang berbeza.}

Kita kembali kepada persamaan (2.6). Kita akan menghubungkan kerja WAB yang dilakukan

oleh daya elektrostatik apabila cas qo bergerak dari kedudukan A ke kedudukan B dengan

beza keupayaan antara dua titik itu. Apabila kita kata beza keupayaan, kita maksudkan

B AV V V . = Tandaan delta, adalah gantian untuk perkataan beza. Persamaan (2.6) tidak


memenuhi takrifan beza keupayaan. Dengan menyusun kembali persamaan (2.6), beza

keupayaan, VB VA boleh ditulis sebagai

o

ABAB

q

WVV =

Seterusnya,

o

ABAB

q

WVVV == (2.7)

Persamaan 2.6 ini penting kerana ia ditulis dalam sebutan beza keupayaan. Persamaan ini

akan digunakan untuk perbincangan pada bahagian seterusnya. Ringkasnya, persamaan ini

menyatakan bahawa beza keupayaan elektrik antara dua titik (kedudukan) adalah bersamaan

negatif kerja, WAB per unit cas, yang dilakukan oleh daya elektrostatik apabila cas qo digerakkan dari A ke B, iaitu

o

AB

q

WV = (2.8)

iaitu, V ialah beza keupayaan elektrik dan unitnya ialah Volt, W ialah kerja dan unitnya ialah J dan q ialah kuantiti cas, dalam unit Coulomb. {Nota: Keupayaan elektrik dan voltan

adalah kuantiti yang sama. Unit SI bagi keupayaan elektrik adalah volt (V).}

________________________________________________________________________

CONTOH 2.1

Pertimbangkan Rajah 2.3 di bawah.

Katakanlah kerja dilakukan oleh daya elektrostatik bagi menggerakkan cas uji,

C100.1q 6o+= dari A ke B ialah J105.2W 5AB

+= . Kirakan

(a) nilai perbezaan antara tenaga keupayaan elektrik akhir dan tenaga keupayaan elektrik

awal, iaitu B AU U .

(b) nilai beza keupayaan antara kedudukan tersebut, iaitu .VVV AB =

+qo= +1.0106

C

qo

FE = qoE

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

-

A B


Penyelesaian

(a) U= B AU U = WAB = 2.5 106

J

(b) V == 25 V

Perhatikan unit bagi jawapan kita ialah J/V. Ini bermakna J/V ialah C.

___________________________________________________________________________

2.5 TENAGA KEUPAYAAN DAN BEZA KEUPAYAAN ELEKTRIK: KES CAS

TITIK.

Masihkah anda ingat persamaan di bawah?

2r

kQE =

Bagi kes cas titik, medan elektrik disekelilingnya tidak seragam seperti yang ditunjukkan

pada Rajah 1.14 pada unit 1. Ya... Magnitud medan elektrik bagi cas titik, Q diberikan oleh

Aktiviti 2.2

Rujuk kembali kepada Contoh 2.1: Apakah maknanya

apabila kita mendapat nilai negatif bagi jawapan (a) dan

(b). Cuba anda terangkan jawapannya?

Aktiviti 2.4

Lihat persamaan ini, 2r

kQE = . Adakah nilai E pada persamaan ini

seragam? Terangkan.

Aktiviti 2.3

Tenaga keupayaan elektrik diukur dalam unit joule.

Keupayaan elektrik, iaitu tenaga keupayaan elektrik seunit cas

pula diukur dalam unit apa?

(a) Joule

(b) Watt

(c) Volt

(d) Ampere


persamaan2r

kQE = . Ini bermakna kekuatan medan elektrik E berkurang bila r bertambah.

Pertimbangkan Rajah 2.4 di bawah.

Suatu cas uji +q0 akan mengalami daya tolakan elektrostatik, F pada mana-mana kedudukan

dalam medan elektrik. Kerja akan dilakukan oleh daya elektrostatik ini apabila cas uji ini

bergerak dari A ke B. Perhatikan bahawa daya elektrostatik ini diberikan oleh persamaan (1.3)

dalam unit 1. Persamaan itu ialah 2

21

r

QQkF = . Berdasarkan persamaan itu apabila jarak r

bertambah maka nilai F akan berkurangan. Ini bermakna daya elektrostatik yang dialami oleh

cas uji +q0 tidak seragam. Dengan itu, kita tidak boleh menggunakan persamaan W= Fs untuk

mengira kerja bagi kes ini. Persamaan W= Fs hanya sesuai jika F seragam. Untuk mengira

kerja kita perlu menggunakan persamaan WAB Fdr= . Ya... kita tidak tahu untuk

menyelesaikan persamaan di atas Bagaimanapun W masih boleh dikira menggunakan

kalkulus. Pembuktian tidak perlu dan penyelesaiannya diberikan sebagai

o oAB

a b

kQq kQqW

r r= (2.10)

Perhatikan dan bandingkan dengan persamaan (2.3) di bawah

WAB =WE = UEA UEB

Bagi kes cas titik, tenaga keupayaan yang dipunyai cas titik di dalam medan elektrik

dikedudukan A dan B diberikan sebagai

oEA

a

kQqU

r=

Rajah 2.4: Kerja dilakukan oleh daya elektrostatik ke atas cas uji +q0

apabila cas bergerak dari A ke B

B

Medan elektrik

tidak seragam

+q0 A F Q

rA

rB


oEB

b

kQqU

r=

___________________________________________________________________________

CONTOH 2.2

Kirakan perubahan tenaga keupayaan elektrik jika suatu cas uji bercas 2 nC digerakkan dari A ke B seperti Rajah di bawah. Cas uji tersebut berada didalam medan elektrik yang

berpunca dari cas titik Q = +6 C.

Penyelesaian

U == + 0.450 mJ ___________________________________________________________________________

Bagi mendapatkan ungkapan untuk beza keupayaan elektrik antara dua kedudukanbagi cas

titik, kita kembali kepada persamaan asas (2.8) dan akan bandingkan dengan persamaan

(2.10). Persamaan (2.8) ialah

o

AB

q

WV =

+6 C

2 nC

8 cm

12 cm

Aktiviti 2.5

Jawapan untuk contoh 2.2, memberikan suatu nilai yang positif. Cuba

terangkan mengapa nilai itu positif.

Aktiviti 2.6

Ulangi contoh 2.2, bagi kes cas uji + 2 nC. Bandingkan jawapan anda

dengan jawapan pada contoh tersebut. Terangkan.

A

B


Nilai WAB telah diselesaikan pada persamaan (2.10). Dengan ini, bezakeupayaan, VBVA, bagi cas titik untuk dua kedudukan iaitu A dan B, boleh diungkapkan sebagai:

o oABB A

o o B o A

kQq kQqWV V

q q r q r

= =

ABB A

o B A

W kQ kQV V

q r r

= = (2.11)

iaitu rA ialah jarak kedudukan A dari cas titik +Q dan rB ialah jarak kedudukan B dari cas titik

+Q. {Nota: cas Q ialah sumber yang menghasilkan medan elektrik.}

2.5.1 Keupayaan Pada Kedudukan Tertentu

Perhatikan persamaan (2.11) di atas dan bandingkan sebutan sebelah kiri dan kanan, kita

boleh menulis keupayaan pada kedudukan A dan B sebagai

B

B

kQV

r=

A

A

kQV

r=

Dengan ini kita boleh menulis keupayaan elektrik bagi cas titik pada kedudukan tertentu

sebagai

r

QkV = (2.12)

___________________________________________________________________________

Contoh 2.3: Beza keupayaan, Proton

Dalam model atom bohr bagi hidrogen, elektron yang mengorbit nukleus (hidrogen hanya

mempunyai satu proton) hanya boleh berada di orbit-orbit yang tertentu sahaja disebut

terkuantum. Jejari orbit yang terkecil, A ialah 0.0529nm (5.291011m), dan jejari orbit berikutnya, B ialah 0.212nm(2.121010m)

B A Nukleus


(a) Kirakan bezakeupayaan antara orbit, iaitu VBVB. (b) Orbit yang manakah mempunyai keupayaan yang lebih tinggi

Penyelesaian

(a) B AV V = =+20.02V

(b) Orbit yang lebih hampir dengan nukleus, iaitu dengan menggunakan persamaan (2.12)

VA = +27.22V

VB = +6.79V

___________________________________________________________________________

CONTOH 2.4

Kedudukan A dan B berada pada jarak 6cm dari cas titik 5 nC. Tentukan keupayaan elektrik pada kedudukan A dan kedudukan B.

Penyelesaian

VA = 750V

VB= 750V ___________________________________________________________________________

CONTOH 2.5

Tentukan keupayaan elektrik pada jarak 0.5 m dari (a) cas titik +20C dan (b) cas titik 20C.

A

5 C

6 cm

6 cm

B


Penyelesaian

(a)

V V106.3 5=

(b)

V V106.3 5= ___________________________________________________________________________

2.5.2 Jumlah keupayaan bagi cas titik

Jumlah keupayaan pada sesuatu kedudukan disebabkan oleh beberapa cas titik diberikan oleh

hasil tambah secara skalar keupayaan disebabkan oleh setiap cas. Pertimbangkan Rajah 2.5 di

bawah

Jumlah keupayaan diberikan sebagai

1 2 2

1 2 2

kQ kQ kQV ...

r r r= + + + (2.13)

CONTOH 2.6

Hitung jumlah keupayaan elektrik disebabkan oleh cas titik +8.0 109 C dan 8.0 109 C pada kedudukan A dan B seperti Rajah 2.6 di bawah.

Rajah 2.6

A +20 C

0.5 m

A 20 C

0.5 m

A B+8.0 109 C 8.0 109 C

0.2 m 0.2 m 0.4 m

r1 r2

Q1

B Q2

r3

Q3

Rajah 2.5: Jumlah keupayaan disebabkan oleh beberapa cas titik


Penyelesaian

VA11

1A

Qk

r=

9 2 8

2

9.0 10 N.m ( 8.0 10 C)

(0.2m)C

+ =

VA2A2

1

r

Qk=

9 2 8

2

9.0 10 N.m ( 8.0 10 C)

(0.2m)C

=

Jumlah keupayaan pada A

AV = +2400 V

Jumlah keupayaan pada kedudukan B

BV = 0 V

___________________________________________________________________________

2.6 BEZA KEUPAYAAN ELEKTRIK BAGI PLAT SELARI

Pertimbangkan plat selari pada Rajah 2.2. Bagi kes plat selari, E adalah seragam. Dengan

itu, kerja ialah W=Fd. Maka

W=qoEd

Bezakeupayaan bagi plat selari boleh ditulis sebagai:

o

WV

q = = o

o

q Ed

q

Jadi

V=Ed (2.14)

Persamaan menunjukkan bahwa beza keupayaan elektrik bagi kes plat selari. Beza keupayaan

bagi kes plat selari bergantung kepada:

(i) medan elektrik yang dihasilkan, E dan

(ii) jarak pemisahan antara plat selari, d.


___________________________________________________________________________

Contoh 2.7: Plat Selari dan Bezakeupayaan

Satu proton digerakkan dari plat negatif kepada plat positif seperti rajah di bawah

Jarak pemisahan plat ialah 1.50cm. Medan elektrik adalah seragam dengan magnitud 1500

N/C.

(a) Berapakah perubahan tenaga keupayaan elektrik proton

(b) Berapakah bezakeupayaan antara plat

(c) Berapakah bezakeupayaan antara plat negatif dan satu titik ditengah plat.

(d) Jika proton dilepaskan dari rehat di plat positif, kirakan laju proton itu sebelum ia tiba

di plat negatif

Penyelesaian

a. UE = +3.61018

J

b. V ==22.5V

Kaedah lain (Bagi plat selari)

V=Ed=(1500)(1.5102)=+22.5V

c. titik tengahU =11.3V

d. v=6.57104 ms1

___________________________________________________________________________

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

1.50cm

E = 1500 N/C


2.6 KAPASITOR

Litar elektrik terdiri daripada pelbagai komponen. Satu daripada peranti penting ialah

kapasitor. Ianya tidak mengalirkan elektrik tetapi menyimpan cas elektrik. Medan elektrik

yang wujud antara konduktor bercas menyimpan tenaga elektrik. Secara asasnya satu

kapasitor adalah terdiri daripada dua plat logam selari, satu plat bercas +q dan satu plat

bercas q. Kawasan di antara dua plat mengandungi bahan penebat elektrik yang dinamakan sebagai bahan dielektrik seperti ditujuukan dalam Rajah di bawah.

Apabila suatu bateri disambungkan kerja dilakukan untuk mengecaskan plat logam. Elektron

dari plat A akan tertarik ke terminal positif bateri. Plat A akan bercas positif. Manakala

elektron dari terminal negatif bateri tertolak ke plat B. Plat B bercas negatif. Hasilnya berlaku

pemisahan cas pada plat logam dan terbentuk medan elektrik antara plat tersebut. Bateri itu

akan terus mengecas kapasitor sehingga beza keupayaan kapasitor sama dengan voltan bateri.

Proses berlaku dalam masa beberapa mikrosaat sahaja. Bila sambungan bateri dibuka cas

akan tersimpan di kapasitor. Bagi kebanyakan kapasitor, biasanya beza keupayaan merentasi

kapasitor berkadar terus dengan cas, Q. (Nota: Nilai Q adalah magnitud cas bagi salah satu

plat sahaja)

Q V

Dengan ini, perhubungan antara kuantiti cas dan beza keupayaan dapat ditulis dalam bentuk

persamaan sebagai:

Q = CV atau Q

CV

= (2.15)

Pemalar kekadaran C dinamakan kapasitan, dan ditakrifkan sebagai nisbah cas, Q pada salah

satu plat konduktor dengan beza keupayaan,V antara plat.

Rajah 2.6: Kapasitor dan simbol bagi kapasitor

Simbol kapasitor

Bahan

dielektrik

Plat logam

bercas negatif

Plat logam

bercas positif

d

+ + + +

Bateri

A B


Unit S.I bagi kapasitor ialah CV1

@ Farad. Farad adalah suatu nilai yang amat besar bagi

kapasitan. Biasanya nilai kapasitans adalah dalam julat, F=106 F (mikrofarad) atau pF=1012

F (pikofarad). Terdapat pelbagai bentuk kapasitor, antaranya:

i) Kapasitor plat selari

ii) Kapasitor sfera

iii) Kapasitor selinder

2.6.1 Kapasitan Bagi Kapasitor Plat Selari

Nilai kapasitan bagi kapasitor plat selari secara umumnya bergantung kepada faktor berikut:

(i) bentuk dan

(ii) bahan digunakan sebagai penebat di antara dua plat, dinamakan bahan

dielektrik. Bahan itu digambarkan dalam ungkapan , iaitu pemalar dielektrik

Persamaan bagi kapasitan diungkapkan dalam bentuk berikut:

C= oA

d

(2.16)

{Nota: Disini tiada pembuktian diberikan. Bagi yang ingin memahami terbitan formula itu

boleh rujuk pada muka surat 582 buku Introduction to Physics, John Cutnell and Kenneth W.

Johnson, 8th Ed}

Ungkapan daripada persamaan itu menunjukkan jika bahan dielektrik dengan tinggi dimasukkan antara dua plat kapasitor, kapasitans akan bertambah. Pemalar dielektrik untuk

beberapa bahan pada suhu bilik disenaraikan dalam Jadual 2.1 di bawah.

Jadual 2.1: Pemalar Dielektrik untuk beberapa

Bahan Pemalar dielektrik,

Vakum 1

Udara 1.00054

Teflon 2.1

Kertas 3.3

Mika 5.4

Getah 6.7

Air 80.4

___________________________________________________________________________

Contoh 2.8: Kapasitan

Berapakah luas permukaan plat selari bagi satu kapasitor plat selari dengan nilai kapasitan 1.0

F jika jarak pemisahan antara plat diberikan sebagai 1.0mm. Bahan dielektrik yang digunakan

ialah udara.


Penyelesaian

A=1.1108m2

___________________________________________________________________________

2.6.2 Tenaga Tersimpan Di dalam Kapasitor

Aplikasi utama kapasitor ialah sebagai peranti yang dapat menyimpan cas. Apabila plat logam

disambung kepada bateri seperti pada Rajah 2.6, elektron daripada plat yang disambung

kepada terminal positif bateri ditarik ke terminal tersebut. Manakala terminal negatif bateri

akan menolak elektron ke plat logam yang disambung kepadanya. Keadaan ini menyebabkan

satu daripada plat kapasitor mempunyai cas positif dan satu lagi bercas negatif.

Proses mengecas lengkap apabila beza kupayaan antara plat sama dengan beza keupayaan

pada terminal bateri (voltan bateri). Tenaga disimpan dalam kapasitor adalah hasil daripada

kerja yang dilakukan untuk mengecas kapasitor tersebut. Apabila kapasitor menyimpan cas, ia

membawa maksud bahwa kapasitor itu menyimpan tenaga. Jika anda mengecas kapasitor,

bateri melakukan kerja untuk memindahkan cas dari satu plat kepada plat yang satu lagi.

Jumlah kerja diberikan ialah:

1W qV qV

2= =

Maka, tenaga tersimpan di dalam kapasitor diberikan oleh persamaan yang berikut, iaitu:

Tenaga elektrik =E = 21 1

QV CV2 2

= (2.15)

___________________________________________________________________________

CONTOH 2.9

Lampu flash kamera seperti rajah di bawah berfungsi untuk menjadi sumber cahaya sesaat

yang boleh memberikan pencahayaan yang terang pada objek yang hendak diambil fotonya.

Tenaga bagi lampu flash kamera disimpan dalam satu kapasitor. Katakanlah unit flash kamera

itu menyimpan tenaga dalam kapasitor dengan kapasitan 200F pada 250V.

Aktiviti 2.7

Kita rujuk pada contoh 2.8 di atas. Apakah yang berlaku jika kita

gantikan bahan dielektrik itu kepada getah? Terangkan.


Berapakah tenaga elektrik yang tersimpan dalam flash kamera itu.

Penyelesaian

Tenga elektrik tersimpan

2 2 61 1E CV (250V) (200 10 F)2 2

= =

= 6.25 J

___________________________________________________________________________

Flash kamera

Aktiviti 2.8

Kita rujuk pada contoh 2.9 di atas. Jika flash kamera itu bertindak

balas dalam masa 0.001s, berapakah kuasa output flash kamera

tersebut?

Nota Penuh 1

Documents

Transcript of Nota Penuh 1